Nature & Cell兩大頂級雜志獲表觀遺傳研究突破

日期：2012-07-06 08:09:35

來自美國賓州大學與西北大學的兩個研究組，近期分別在Nature和Cell這兩大頂級期刊上發(fā)表文章，分別取得了表觀遺傳學核小體研究方面的突破性進展，這兩項的關(guān)鍵點都來自其重要的研究新技術(shù)——賓州大學的研究人員發(fā)展了超高分辨率ChIP-exo技術(shù)，而西北大學的研究人員則研發(fā)了一種基于改造后組蛋白的化學修飾，來直接繪制核小體中心的方法。

在“Genome-wide Nucleosome Specificity and Directionality of Chromatin Remodelers”文章中，賓州大學首席研究員B. Franklin Pugh教授領(lǐng)導的研究組利用了一種稱為核酸外切酶的工具，來去除未有基因調(diào)控蛋白結(jié)合的DNA序列，從而確定具體的核苷酸序列。

染色體是細胞內(nèi)攜帶基因信息的重要構(gòu)成元件，染色體上特異性蛋白與核小體的結(jié)合方式，將能決定是形成大腦細胞，還是肝臟細胞，抑或是癌癥細胞，十分重要。然而迄今為止，要想準確判斷這些蛋白結(jié)合在染色體的什么位置，還十分困難。

因此Pugh教授研發(fā)出了一種新型的技術(shù)工具，利用這種工具，研究人員能準確了解這些蛋白的位置，并且這種方法還有可能在蛋白調(diào)控，或者未能調(diào)控整個基因組的時候，進行高分辨率拍攝，從而有助于科學家們解析這些關(guān)鍵的過程。

這種技術(shù)就是ChIP-exo，其優(yōu)于其它技術(shù)之處在于其能將結(jié)合位點中上百萬，上億的基因組核苷酸，縮小到某個確定的核苷酸，同時ChIP-exo技術(shù)還能去除檢測系統(tǒng)中的大量背景，低背景技術(shù)能分析更多的結(jié)合位點，增加2-5倍，為某種蛋白如何調(diào)控基因的，提供更加完整的圖譜，同時還能加大科學家們對于基因組中這些蛋白結(jié)構(gòu)組織的作用，更廣泛的理解。

利用這種技術(shù)，研究人員分析了染色質(zhì)重塑調(diào)節(jié)因子Isw2的作用機制，真核生物不同于原核生物的一大特點是具有染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，DNA的序列信息被包裹在組蛋白結(jié)構(gòu)中，基因的轉(zhuǎn)錄激活需要染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變，因此染色質(zhì)重塑在基因表達調(diào)控中扮演了重要角色。

染色質(zhì)重塑復合物具有多個亞基，這項研究繪制了其中之一Isw2在基因組范圍內(nèi)的組織模式，以及在核小體中的定位情況，從而提出了包含這種亞基在內(nèi)的染色質(zhì)重塑復合物的作用新機制。

另外一篇文章中，，研究人員發(fā)展了一種基于改造后組蛋白的化學修飾，來直接繪制核小體中心的方法，并利用這一方法在全基因組范圍內(nèi)，對釀酒酵母的核小體位置進行了前往所有詳細和精確的活體分析。

在單堿基對分辨率的尺度下，繪制核小體的位置對于了解許多生物學進程，比如RNA聚合酶活性，轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合動力學，DNA復制和基因剪接具有重要的意義。但是目前已有的繪制核小體的方法并不能在單堿基對這個精度上分析核小體位置。目前最常見用于核小體定位繪圖的方法主要是通過對染色質(zhì)使用微球菌核酸酶（Micrococcal nuclease，MNase），來消化沒有受到組蛋白核心保護的DNA序列，這樣就能通過分析未消化DNA序列片段，間接了解核小體的位置。

這種方法雖然能了解核小體，但是并不精確，因為存在讀長變化大，核小體瞬間解體等方面的問題。而最新這篇文章開發(fā)的這種新型全基因組繪圖方法，則能在單堿基對分辨率尺度下，直接靶向核小體中心位置。這一技術(shù)源自早期利用局部羥基自由基繪制重組單核小體中心位置的方法。